順著繩子去太空旅行
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順著繩子去太空旅行
周小新
幾百年前，誰敢想像我們可以進入太空？幾百年前誰敢想像人工智慧？今天，我們只要敢想，未來就有可能實現。今天，我們要大開腦洞的事情是，我們能不能順著繩子去太空旅行？這個想法是英國的一個人最早提出來的，我沒想過。
但是，我曾經思考過這樣一個問題：一個人站在樓上，靜止釋放其手中的鐵球，這個鐵球一定會落到地面嗎？答案是否定的。
為了說清楚這個事情，有必要提一些萬有引力的知識。
世界上任何兩個有質量的物體之間都存在引力，這個引力的大小為：
我們可以發現，隨著距離的增加，兩個物體之間的引力會減小。
地球衛星要繞地球做圓周運動就必須要有向心力，這個向心力就是由萬有引力提供，即：
根據上面的式子，很容易可以看出，衛星的周期和衛星的半徑是一一對應的，也就是同一高度的衛星具有相同的周期。地球同步衛星（如下圖）的周期是24小時，我們很容易就可以算出地球同步衛星的高度，大概是36000km。
下面我對前面的問題給出如下解釋：如果我們在赤道上一座很高很高的大樓，這個大樓的高度大於地球同步衛星的高度，我在其中的高度等於同步衛星高度的那一層釋放手中的鐵球，這個時候鐵球受到的萬有引力剛好提供其繞地球運動的向心力，這個鐵球其實就是一個同步衛星，它會和這個人相對靜止。
如果這個人向下走一層，再靜止釋放鐵球，這個時候萬有引力會比之前大一些，但是所需的向心力比之前小一些，萬有引力會大於其繞地球運動的向心力，也就是萬有引力提供完向心力後還剩餘了一部分，這部分力會使鐵球落到地球上；
如果這個人向上走一層，再靜止釋放鐵球，這個時候萬有引力會小於之前的引力，但是所需的向心力比之前大，萬有引力小於其繞地球運動所需的向心力，也就是萬有引力不足以提供鐵球的向心力，鐵球會被甩到離地球更遠的地方。
那現在我找兩個人，一個人站在比同步衛星還高一點的樓層，一個人站在比同步衛星低一點的樓層，然後這兩個人手中都拿著一個鐵球，並且用一根細繩將這兩個鐵球綁在一起，這兩個人同時放手，一個想著往地面跑，另一個想著遠離地面，那當這兩種想法剛好互抵的時候，這兩個小球是不是就安安靜靜的和這棟大樓一起繞地球運動？
那現在我在用一根很長很長的繩子，在這層樓的每一層都掛一個鐵球（這些鐵球可以是不一樣的），是不是也可以讓這些鐵球都和大樓一起安安靜靜的繞著地球運動？這當然是可能的了。好的，現在我不要些小球了，就用一根繩子，這根繩子是不是可以安安靜靜的和大樓一樣繞著地球運動？當然可以了！那現在我把這棟大樓也拆掉，這根繩子還是可以安安靜靜的繞著地球運動。
神奇的事情是，一根繩子居然可以自己立起來，這和我們日常的經驗完全相悖，如果你哪一天見到一根繩子自己立起來了，那你肯定以為你碰到鬼了！不過你現在要知道，這是可能發生的，只要這根繩子夠長。長到比同步衛星高的那部分繩子會自動的拉拽下面的繩子。
好的，現在我們就可以順著這根自己立起來的繩子爬向太空了！是不是很神奇？當然，要實現還是很難的，這條繩子要能承受非常大的拉力，在同步衛星高度的那個位置所需承受的力最大，這在材料上是很難實現。還有就是，這根繩子如果不綁在地面上，讓其自由自在的懸著，其長度是有要求的（有興趣的同學可以算一算）。
但是不管怎麼樣，這個想法已經在理論上被認為是可以的。
歡迎感興趣的讀者算一下，這根繩子要能承受多大的力（密度可以用目前最輕的材料，曾經有人說用碳納米管建太空電梯，這個材料可以考慮）。如果這根繩子不綁在地面上，那要多長才能保證既不掉下來又不飛到天上去？歡迎留言。
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